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别墅屋顶家用太阳能发电系统并网方案

一、项目背景

目前太阳能的【de】利用主要分为以下几个方面家庭小型【xíng】太阳能【néng】电站、大型【xíng】并【bìng】网电站【zhàn】、建筑一体化光【guāng】伏【fú】玻璃幕墙、太【tài】阳能路【lù】灯、风【fēng】光互补路灯、风【fēng】光互补供【gòng】电系统等【děng】。中型并网光伏系统是光伏发电应用的重【chóng】要【yào】组成部【bù】分,也是【shì】众多园林、工厂以后选择的必【bì】然趋势。国家鼓励【lì】低碳生活,走可持【chí】续发展【zhǎn】道路,并大力支持家庭并【bìng】网【wǎng】电站的建设【shè】,国内将迎来建设家庭并网电【diàn】站的【de】高潮

本项目位于【yú】上海市南【nán】汇区【qū】新场别墅区,据现【xiàn】场【chǎng】考察以【yǐ】及业主的意【yì】向【xiàng】拟在业主的屋顶和车库位置进行光伏电站的设计安装。

二、太阳能资源分布情况

太阳能资源是【shì】由当地的太阳总辐射量决定的。一个国家【jiā】或【huò】一【yī】个【gè】地区的太阳总辐射量与当【dāng】地所处纬度、海拔以【yǐ】及天气【qì】情况有关,全【quán】球太【tài】阳辐射【shè】资【zī】源分布情况见下图。

2.1上海市气象资料

上海【hǎi】市地【dì】处东经120°51′122°12′北纬30°40′31°53′位于太【tài】平洋西岸,亚洲大【dà】陆东沿,属于亚热带【dài】季风气候,光【guāng】照条件【jiàn】较好,年平均日照时间达【dá】到3.8小时。气象站【zhàn】分布及气象资料如【rú】下

上海地区【qū】太阳【yáng】总【zǒng】辐射的季节分布图四、图五为上海地区【qū】总辐【fú】射量【liàng】、雨日、8 时【shí】—14 时平【píng】均总云量、日照百分【fèn】率季节分布,以上数据为1961 年—2008 年上海地区11站平均值,图中总云量、日照百分【fèn】率【lǜ】用百分比表示,以及【jí】各【gè】季平均太阳高度角分布(11 站平均)。图【tú】中可见,夏季总辐射量(1593MJ/m2)最大【dà】,其次是春季(1275MJ/m2)、秋【qiū】季(1052MJ/m2)、冬季【jì】(772MJ/m2),与各季正午的【de】平均太【tài】阳高度角分布【bù】一致。值得注【zhù】意是,虽然【rán】,春季正午的平均太阳高度角比【bǐ】秋季高许【xǔ】多【duō】(17 度【dù】),但【dàn】是【shì】由于春季【jì】的雨日、8 时—14 时平均总云量比秋季多,日照百分【fèn】率比【bǐ】秋季小【xiǎo】,天【tiān】空【kōng】遮【zhē】蔽度比秋季大,春季总辐射量【liàng】只比秋季多220 MJ/m2。

2.2上海市太阳辐射量分布特点

地区因为地域面积【jī】小,太阳总辐【fú】射的空间分布差异较小。从年总辐射量的空间分布的来看【kàn】,东北【běi】部及南部沿海地区最多,中西部【bù】及中【zhōng】东部最少,最多站(浦【pǔ】东)比最【zuì】少站(青浦【pǔ】)仅【jǐn】多【duō】189J/m2。从【cóng】季总辐射量的空间分布的来看,春季东北【běi】部最多,西南部【bù】最少,最多站(崇明)比最少【shǎo】站【zhàn】(青浦)仅多67MJ/m2,夏季南部沿【yán】海最多【duō】、其次是北部、中部最少【shǎo】,最多【duō】站(金【jīn】山)比最【zuì】少站(徐家汇)多【duō】86MJ/m2,秋季北部最【zuì】多、其次是南部沿海、中部【bù】最【zuì】少,最多站(宝山)比最少站(徐家汇)多51MJ/m2,冬季太阳总辐射的空间分【fèn】布与秋季相似,最【zuì】多站(宝山【shān】)比最少站(青浦)多27MJ/m2(图5)。上海【hǎi】地区月【yuè】总辐射量的空间分布差异更小,1 月【yuè】、11 月、12 月最多站【zhàn】与【yǔ】最少站【zhàn】只相差【chà】(9-21)MJ/m2,地区差【chà】异非常小,2 月—5 月东北部最多,西南部【bù】最少,最多站与最少站只相差(9-21)MJ/m2,6月最多北部、其次是【shì】南部【bù】沿海、中部最少,最多站与最【zuì】少站【zhàn】相差26MJ/m2,7月-8月【yuè】南部最多、其次【cì】是【shì】北【běi】部、中部最少,最多站比最【zuì】少【shǎo】站相差(9-21)MJ/m2,9 月-10 月北部最多【duō】、其【qí】次是南【nán】部沿【yán】海、中部最【zuì】少,最【zuì】多站比最少站相【xiàng】差(9-21)MJ/m2。

三、系统方案设计

3.1并网太阳能发电系统原理

系统中,通过三相并网逆变器将太阳能电池板发出【chū】来的直流电转换成符合国家【jiā】电网标准的正【zhèng】弦波交流电380V,50Hz,进入交【jiāo】流配电箱【xiāng】,最后【hòu】并入380V低压电网。

3.2设计原则

本项目别墅区【qū】中,各别【bié】墅楼排列整齐、大方,在进行太阳能光伏家庭并【bìng】网电站设计时应该【gāi】考虑【lǜ】到【dào】以下几个主【zhǔ】要【yào】因素

(1)美观性

本项目所在地为别【bié】墅【shù】区,因【yīn】为此别墅区中各栋别墅的外形比一般的楼房特【tè】殊,屋【wū】顶朝【cháo】有北的斜面、朝东的斜面【miàn】,却没有朝南【nán】的【de】斜【xié】面【miàn】.因此,电站的建设【shè】要与别【bié】墅区整体美观性相协【xié】调,避免破【pò】坏别墅区【qū】的整体美观性。

(2)太阳辐照量

为了增加光伏阵列的输出能量,应尽可能将更多的光伏组件至于阳光下【xià】,避免光伏组件互相遮【zhē】光,或者其他高建筑物【wù】,树木遮【zhē】挡【dǎng】阳光。

(3)电缆长度

从光伏【fú】组【zǔ】件到接【jiē】线【xiàn】箱、接【jiē】线箱到逆变器【qì】以及逆【nì】变器【qì】到并网交【jiāo】流配电柜的电力电缆应【yīng】竟可能保【bǎo】持在最短距【jù】离,以减小线路压降损失,提【tí】高系统输出量,减小电缆尺寸以降低成本。

3.3方案设计

由于此别【bié】墅【shù】楼顶的特殊【shū】性,以及为了充【chōng】分利用车库位置,本方【fāng】案中共设【shè】计了四个方案模块,即朝北【běi】屋顶【dǐng】方【fāng】案模【mó】块、朝东屋顶方【fāng】案模块【kuài】和车库方案模块。(特别提醒,此别墅楼顶存在保温层,建设本电【diàn】站的前提条件是拆除楼顶保温层,当电池【chí】板安装后也【yě】可【kě】起到隔热【rè】作【zuò】用)。

3.3.1 朝北屋顶方案

1、朝北屋顶方案分析

朝北【běi】屋顶若直接沿着屋【wū】面【miàn】铺【pù】设太阳能【néng】电【diàn】池板,那么这样只有在夏天的情况下能发出【chū】稍【shāo】微多一【yī】点的电量,在其他季节,基本【běn】上【shàng】无发【fā】电能力,为了提高其发电【diàn】量,只有在朝北的【de】屋【wū】顶上架设钢架【jià】结构,使【shǐ】得太阳能电池板的【de】安装朝向【xiàng】为正南方向。

2、朝北屋顶方案设计

朝北屋顶方案示意图,如下所示

图1 朝北屋顶方案示意图单家

图中选择【zé】的【de】太阳能电池板规格【gé】为250W多晶【jīng】硅太阳能电池板,尺寸为1950*991*40,以下方案相同【tóng】。

图1所示,图中【zhōng】使用钢【gāng】架【jià】结构,此【cǐ】时后排支架高度已达到3米左右,使得太阳能电池板的倾斜角为20度左右【yòu】,这样【yàng】就【jiù】大大提【tí】高了电池板的【de】发电【diàn】量。此时,从图【tú】中可以看出朝北屋面【miàn】可安装【zhuāng】太阳【yáng】能电池板的容量为5500W。

3、朝北屋顶方案的评价

优点:本方案的优点是提高的系统的发电效率。

缺点:增加安装成本,并且严重影响了别墅区的整体美观性。

4、建议

由于存在上述缺点,不建议此方案的实行。

3.3.2 朝东屋顶方案

1、朝东屋顶方案分析

由于屋面是朝东的,所以朝东的【de】方案可【kě】以考虑两个【gè】方面【miàn】。一是【shì】沿着【zhe】屋面铺设,二是通过架设钢架结构【gòu】使安装后的电池板朝着正南方向。由【yóu】于架设【shè】钢架结【jié】构和【hé】朝北屋面方案存在【zài】同样的【de】缺点【diǎn】,强烈建议不采用此【cǐ】方案。

2、朝东屋顶方案

朝东屋顶方案选在采用【yòng】沿着屋面铺设【shè】。由于原先【xiān】屋顶上【shàng】存在架设【shè】保温【wēn】层的方钢结构,所以本方案将利用方钢结构,使【shǐ】得太【tài】阳能电【diàn】池板下部与【yǔ】原方钢结【jié】构保持【chí】在同【tóng】一水【shuǐ】平面上,方案示意图【tú】如下图所示

3、朝东屋顶方案评价

朝东屋顶方案,单家朝东屋【wū】面可以安装【zhuāng】约【yuē】10KW电池【chí】板,由于电池板沿着屋【wū】顶铺设,对于别墅区的【de】整体美影响不【bú】是太大,但是由【yóu】于电池板【bǎn】安装朝向为正东方【fāng】向,其发【fā】电效率大大降低,欲估【gū】计年【nián】发电量约为【wéi】6000KWh。

4、建议

由于电池板安装是沿着屋【wū】面安装,故不会对别墅的整体美观【guān】性【xìng】造成影响,但【dàn】是【shì】由【yóu】于【yú】安装方向【xiàng】为【wéi】正【zhèng】东方向,其发电效率【lǜ】会降低很多。业主可以选择安【ān】装,也可以选择不【bú】安装,本方案持【chí】中立态度。

3.3.3 停车位方案

1、停车位方案分析

经过现场【chǎng】勘探,业主家的【de】停车位【wèi】约为16.6M×6.0M左【zuǒ】右的平地,若停【tíng】车位上建【jiàn】设能够满足安装太阳能电【diàn】池板的【de】停车【chē】棚,那么这样对于【yú】太阳能发电系【xì】统【tǒng】的安【ān】装就十分的有利【lì】,不存在任【rèn】何缺点【diǎn】。车棚【péng】的设计可【kě】以有【yǒu】贵方【fāng】业【yè】主设计,我方给出合适的建议,如果可以,我方也可以【yǐ】为贵方设计停车棚,并在停车棚上安装太阳【yáng】能【néng】发【fā】电系统。

2、停车位方案设计

停车位方案【àn】设计,如下图所示(图中【zhōng】仅为电池【chí】板安【ān】装【zhuāng】效果【guǒ】草图不代表本公司对车棚的最终设计)。